化学教案（通用版）专题3化学计算技能和方法

微专题·大素养❸化学计算技能和方法【知识基础】一、以物质的量为中心的计算方法[例1]某同学购买了一瓶“84”消毒液，包装说明如下：主要成分：25%NaClO、1000mL、密度g·cm－3使用方法：稀释100倍(体积比)后使用注意事项：密封保存，易吸收空气中的CO2变质请根据以上信息和相关知识判断，下列分析不正确的是()A.该“84”消毒液的物质的量浓度约为mol·L－1B.一瓶该“84”消毒液敞口放置一段时间后浓度会变小C.取100mL该“84”消毒液稀释100倍后用于消毒，稀释后的溶液中c(Na＋)约为mol·L－1D.参阅该“84”消毒液的配方，欲用NaClO固体配制含25%NaClO的消毒液480mL，需要称量的NaClO固体质量为143g[跟踪训练1]某液体化合物X2Y4常用作火箭燃料。16gX2Y4在一定量的O2中恰好完全燃烧，反应的化学方程式为X2Y4(l)＋O2(g)=X2(g)＋2Y2O(l)。冷却后标准状况下测得生成物的体积为L，其密度为g·L－1，则：(1)反应前O2的体积V(O2)为________。(2)X2的摩尔质量为________；Y元素的名称是________。(3)若反应生成molX2，则转移电子的物质的量为________mol。二、关系式法1．应用原理关系式是表示两种或多种物质之间“物质的量”关系的一种简化式子。在多步反应中，它可以把始态的反应物与终态的生成物之间的“物质的量”关系表示出来，把多步计算简化成一步计算。2．解题流程[例2]Ba2＋是一种重金属离子，有一环境监测小组欲利用Na2S2O3、K2Cr2O7等试剂测定某工厂废水中Ba2＋的物质的量浓度。(1)现需配制250mL0mol·L－1的标准Na2S2O3溶液，所需要的玻璃仪器除量筒、玻璃棒、烧杯外，还需要____________________________________。(2)需准确称取Na2S2O3固体的质量为___________________________________g。(3)另取mL废水，控制适当的酸度，加入足量的K2Cr2O7溶液，得到BaCrO4沉淀；沉淀经洗涤、过滤后，用适量的稀盐酸溶解，此时CrO42-全部转化为Cr2O72-Cr2O72-+6S则该工厂废水中Ba2＋的物质的量浓度为________。[跟踪训练2]通过以下方法测定高铁酸钾样品的纯度：称取0g高铁酸钾样品，完全溶解于浓KOH溶液中，再加入足量亚铬酸钾{K[Cr(OH)4]}，反应后配成mL溶液；取上述溶液mL于锥形瓶中，加入稀硫酸调至pH＝2，用0mol·L－1硫酸亚铁铵溶液滴定，消耗标准硫酸亚铁铵溶液mL。测定过程中发生反应：计算K2FeO4样品的纯度为________________。三、差量法(1)所谓“差量”就是指反应过程中反应物的某种物理量之和(始态量)与同一状态下生成物的相同物理量之和(终态量)的差，这种物理量可以是质量、物质的量、气体体积、气体压强、反应过程中的热效应等。根据化学方程式求出理论上的差值(理论差量)，结合题中的条件求出或表示出实际的差值(实际差量)，根据比例关系建立方程式并求出结果。(2)差量法的解题关键是找准研究对象。通常有：①固体的质量差，研究对象就是固体。②气体的质量差，研究对象就是气体。③液体的质量，研究对象就是液体。[例3]在空气中加热g草酸钴晶体(CoC2O4·2H2O)样品，受热过程中不同温度范围内分别得到一种固体物质，其质量如下表。温度范围/℃固体质量/g150～210290～320890～920(1)加热到210℃时，固体物质的化学式为____________。(2)经测定，加热到210～310℃过程中的生成物只有CO2和钴的氧化物，此过程发生反应的化学方程式为___________________________。[跟踪训练3]为了检验某含有NaHCO3杂质的Na2CO3样品的纯度，现将ω1g样品加热，其质量变为ω2g，请列式计算该样品中Na2CO3的质量分数。四、守恒法1．应用原理所谓“守恒”就是物质在发生“变化”或两物质在发生“相互作用”的过程中某些物理量的总量保持“不变”。在化学变化中有各种各样的守恒，如质量守恒、元素守恒、原子守恒、得失电子守恒、电荷守恒、能量守恒等。2．解题步骤[例4]过氧化钙(CaO2)是一种安全无毒的物质，带有结晶水，通常还含有CaO。过氧化钙在工农业生产中广泛用作杀菌剂、防腐剂、解酸剂、油类漂白剂等。(1)称取g过氧化钙样品，灼烧时发生如下反应：2(CaO2·xH2O)2CaO＋O2↑＋2xH2O，得到的O2在标准状况下的体积为672mL，则该样品中CaO2的物质的量为____________________________。(2)另取同一样品g，溶于适量稀盐酸中，然后加入足量的Na2CO3溶液，将溶液中的Ca2＋全部转化为CaCO3沉淀，得到干燥的CaCO3g。①g样品中CaO的质量为____________________。②样品CaO2·xH2O中x的值为________________________。[跟踪训练4]将gFeO完全溶解在100mLmol·L－1硫酸中，然后加入mLK2Cr2O7溶液，恰好使Fe2＋全部转化为Fe3＋，且Cr2O72-中的铬全部转化为Cr3＋。则K2Cr2O五、热重分析法确定物质的组成1．测定固体物质组成的热重法只要物质受热时发生质量变化，都可以用热重法来研究物质的组成。热重法是在控制温度的条件下，测量物质的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线，我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及生成产物等与质量相联系的信息。2．解题的方法思路(1)设晶体为1mol，其质量为m。(2)失重一般是先失水，再失非金属氧化物。(3)计算每步固体剩余的质量(m余)：m余m×(4)晶体中金属质量不再减少，仍在m余中。(5)失重最后一般为金属氧化物，由质量守恒得m氧，由n金属∶n氧，即可求出失重后物质的化学式。3．热重曲线的分析方法坐标曲线题解题时可以拆分为识图、析图、用图三个步骤。其中识图是基础，析图是关键，用图是目的。①识图。识图的关键是三看：一看轴即横、纵坐标所表示的化学含义(自变量x轴和函数y轴表示的意义)，寻找x、y轴之间的关系，因为这是理解题意和进行正确思维的前提；二看点即曲线中的特殊点(顶点、始点、终点、拐点、交叉点)；三看线即曲线的走势(变化趋势是上升、下降、波动、正态、偏态等变化)。②析图。分析图中为什么会出现这些特殊点，曲线为什么有这样的变化趋势和走向，分析曲线变化的因果关系，通过联想，把课本内的有关化学概念、原理、规律等与图像曲线中的图形与相关点建立联系。③用图。将相关的化学知识与图像曲线紧密结合，在头脑中构建新的曲线——知识体系，然后运用新的曲线——知识体系揭示问题的实质，解决实际问题。4．热重曲线试题分类热重曲线试题可分为两类：第一类，试样发生分解反应，以脱水、分解等方式失重，气氛物质不参加反应；第二类，试样发生氧化、还原等反应，以氧化、还原等方式失重。当然也有试题形式上是两者的结合，但本质上可以分步处理，故仍属于上述类型。[例5]将gFeC2O4·2H2O固体样品放在热重分析仪中进行热重分析，测得其热重分析曲线(样品质量随温度变化的曲线)如图所示：已知：①草酸盐受热分解易放出碳的氧化物。②500℃之前，该热重分析仪的样品池处于氩气气氛中，500℃时起，样品池与大气相通。回答下列问题：(1)300℃时是样品脱水的过程，试确定350℃时样品是否脱水完全________(填“是”或“否”)。(2)400℃时发生变化的化学方程式是____________________________________________。(3)500～1400℃时所得固体的化学式为____________。[跟踪训练5](1)称取mgZn3(PO4)2·4H2O进行热重分析，化合物质量随温度的变化关系如图所示，为获得Zn3(PO4)·2H2O和Zn3(PO4)2·H2O的混合产品，烘干时的温度范围为________(填字母)。a．90～145℃b．145～195℃c．195～273℃d．>273℃(2)为测定产品中Zn3(PO4)2·4H2O的含量，进行如下实验，已知滴定过程中Zn2＋与H2Y2－按1∶1反应。步骤Ⅰ：准确称取0g产品于烧杯中，加入适量盐酸使其溶解，将溶液转移至100mL容量瓶，定容。步骤Ⅱ：移取mL上述溶液于锥形瓶中，加入指示剂，在pH＝5～6的缓冲溶液中用00mol·L－1Na2H2Y标准溶液滴定至终点，测得Na2H2Y标准溶液的用量为mL。步骤Ⅱ中移取溶液时所使用的玻璃仪器为________；产品中Zn3(PO4)2·H2O的质量分数为________。下列操作中，导致产品中Zn3(PO4)2·H2O含量测定值偏低的是________(填字母)。a．步骤Ⅰ中定容时俯视刻度线b．步骤Ⅰ中转移溶液时未洗涤烧杯c．步骤Ⅱ中滴定管未用Na2H2Y标准溶液润洗d．步骤Ⅱ中滴定前滴定管内无气泡，滴定结束后有气泡微专题·大素养❸知识基础例1解析：A项正确，根据c＝1000ρwM得，c(NaClO)＝1000cm3·L-1×1.9g·cm-3×25%74.5g·mol-1≈mol·L－1；B项正确，一瓶该“84”消毒液敞口放置一段时间后，由于其易吸收空气中的二氧化碳变质而会使浓度变小；C项正确，根据稀释前后溶质的物质的量不变有100mL×mol·L－1＝100mL×100×c(NaClO)，解得稀释后c(NaClO)＝mol·L－1，c(Na＋)＝c(NaClO)＝mol·L－1；D项错误，应选取500mL规格的容量瓶进行配制，然后取出480mL，所以需要NaClO的质量为L答案：D跟踪训练1答案：(1)L(2)28g·mol－1氢(3)例2解析：(2)Na2S2O3的物质的量为L×0mol·L－1＝mol，其质量为mol×158g·mol－1＝g，托盘天平精确度为g，需称量Na2S2O3的质量为g。(3)设该工厂废水中Ba2＋的物质的量为x，由Ba2＋转化为BaCrO4沉淀，CrO42-2Ba26x×10－3L×0mol·L－12x＝636.00×10-3L×0.1000mol·L-1，解得x＝×10－3mol，则c(Ba2答案：(1)250mL容量瓶、胶头滴管(2)(3)mol·L－1跟踪训练2解析：由题给方程式可得如下转化关系：2FeO42-～2CrO42-～Cr2O72-～6Fe2＋，由滴定消耗mL答案：82.50%例3解析：(1)CoC2O4·2H2O失去全部结晶水的质量为g×147g·mol-1183g·mol-1＝g，即加热到210℃时，固体物质是(2)根据元素守恒，n(CO2)＝8.82g147g·mol-1×2＝mol，质量为mol×44g·mol－1＝g，而固体质量减少为g－g＝g，说明有气体参加反应，即有氧气参加，氧气的质量为g－g＝g，其物质的量为1.28g32g·mol-1＝mol，n(CoC2O4)∶n(O2)∶n(CO2)＝∶∶＝3∶2∶6，依据原子守恒写出化学方程式：3CoC2O4＋2O2△=答案：(1)CoC2O4(2)3CoC2O4＋2O2△=Co3O4跟踪训练3答案：样品加热发生的反应为2NaHCO3△=Na2CO3＋H2O＋CO2↑16810662m(NaHCO3)(ω1－ω2)g样品中m(NaHCO3)＝168ω1样品中m(Na2CO3)＝ω1g－168ω1其质量分数为mNa2CO3m样品×100%＝ω1例4解析：(1)n(O2)＝0.672L22.4L·mol-1＝2(CaO2·xH2O)△=2CaO＋O2↑＋221n(CaO2·xH2O)mol解得n(CaO2·xH2O)＝mol，则n(CaO2)＝n(CaO2·xH2O)＝mol。(2)生成的CaCO3的物质的量n(CaCO3)＝7.0g100g·mol-1＝mol。①根据Ca原子守恒，结合(1)中信息，可知g样品中含n(CaO)＝mol－mol＝mol，所以样品中m(CaO)＝mol×56g·mol－1＝g。②g样品中水的质量m(H2O)＝g－m(CaO2)－m(CaO)＝g－mol×72g·mol－1－g＝g，所以n(H2O)＝0.54g18g·mol-1＝mol，则x＝答案：(1)mol(2)①g②1跟踪训练4解析：由电子守恒知，FeO中＋2价铁所失电子的物质的量与Cr2O72-中＋6价铬所得电子的物质的量相等，根据得失电子守恒1.08g72g·mol-1×(3－2)＝0.025L×c(Cr2O72-)×(6－答案：mol·L－1例5解析：(1)gFeC2O4·2H2O固体样品中含有结晶水的质量为g×36180＝g，剩余固体质量为g，根据图像可知，350℃(2)400℃时固体质量为g，根据铁原子守恒可知，400℃时铁元素为0mol，其质量为g，剩余的质量为g，由于草酸盐受热分解易放出碳的氧化物，则g应该是氧元素的质量，其物质的量为0mol，则铁、氧原子物质的量之比为1∶1。所以400℃时FeC2O4分解生成FeO，结合化合价有升必有降，则还有一氧化碳和二氧化碳生成，反应的化学方程式为FeC2O4400℃=FeO＋CO↑＋CO(3)500～1400℃时固体质量为g，根据铁原子守恒可知，铁元素为0mol，其质量为g，剩余氧元素质量为